Alimentation Expérimentation Dispositif (FED): Construction et validation d'un périphérique Open-source pour la mesure de la prise alimentaire chez les rongeurs

L’objectif global du dispositif d’expérimentation alimentaire est de créer un appareil open source capable de mesurer l’ingestion de nourriture dans une cage domestique chez la souris. Cette méthode peut aider à répondre à des questions clés dans les domaines de l’alimentation et de l’obésité, par exemple si des circuits neuronaux spécifiques peuvent entraîner différents modèles de prise alimentaire. Le principal avantage de cette technique est qu’elle est open source et compatible avec les cages domestiques.

Il peut mesurer l’apport alimentaire sans équipement spécialisé ni cage. Nous avons eu l’idée de cette méthode pour la première fois lorsque nous pesions à la main l’apport alimentaire d’un grand nombre de souris. Cela prenait du temps et était sujet aux erreurs.

La démonstration visuelle de cette méthode est essentielle car les étapes de fabrication peuvent être difficiles à apprendre. Commencez par préparer quatre paires de connecteurs à deux broches et étiquetez respectivement les côtés mâle et femelle A, B, C et D, puis retirez le fil rouge des deux côtés de la paire de connecteurs D.Ensuite, préparez une paire de connecteurs à trois broches et étiquetez les côtés mâle et femelle E.Soudez les embases empilables femelles avec des prises sur la face supérieure du microcontrôleur. Fixez le fil saillant des en-têtes au bas du microcontrôleur, puis connectez les en-têtes empilables femelles avec des prises sur le dessus du blindage d’enregistrement de données numérique (SD) sécurisé.

Laissez les fils saillants au bas du bouclier. S’ils existent, faites un cavalier sur les pads SCL, SDA, MOSI, MISO et SCK au bas du bouclier SD. S’ils ne sont pas présents, ne tenez pas compte de cette étape.

Après cela, fixez les embases mâles sur le bouclier du moteur avec les broches dépassant du bas. Soudez les embases sur le bouclier du moteur. Assurez-vous que le cavalier VIN est en place au-dessus du bloc d’alimentation sur le bouclier moteur.

Insérez une pile au lithium de trois volts dans le bouclier SD. Pour assembler le bouton d’alimentation, soudez le connecteur mâle à deux broches A à C1 à l’aide d’un fil rouge, et A à la terre à l’aide d’un fil noir, ainsi que B à positif à l’aide d’un fil rouge et B à NO1 à l’aide d’un fil noir. Thermorétractez toutes les connexions.

Soudez le photo-interrupteur et une résistance de 4,7 K à la carte de dérivation. Fixez les fils saillants à l’arrière de la carte de dérivation du photointerrupteur. Fixez le connecteur mâle à trois broches E à l’arrière de la carte de dérivation, le fil rouge au PWR, le fil vert au GND et le fil blanc au SIG, puis soudez le connecteur femelle à deux broches A à cinq V et les broches de terre de la carte d’amplification, ainsi que le fil noir du connecteur mâle D à la broche GND supplémentaire de la carte d’amplification.

Ensuite, connectez le connecteur à deux broches C aux bornes d’une prise BNC en plaçant le fil rouge sur la broche centrale et le fil noir sur la broche extérieure. Assemblez le bouclier du moteur en tordant les fils rouge et noir du connecteur femelle B ensemble et en les soudant au VIN. Enfin, soudez ce qui suit.

D’une part, le fil noir du connecteur femelle C à la broche de terre à côté de l’AREF et le fil rouge de ce connecteur à la broche trois. Deux, le fil noir du connecteur femelle D à la broche de terre à côté du VIN, et trois, le fil vert du connecteur femelle E à la broche de terre à côté de cinq V, le fil rouge de ce connecteur à cinq V et le fil blanc de ce connecteur à la broche deux. Commencez par connecter la carte de dérivation FTDI aux broches de programmation du microcontrôleur, puis connectez la carte de dérivation FTDI à l’ordinateur via un câble micro USB.

Dans le logiciel, cliquez sur le bouton de téléchargement pour envoyer le dispositif d’expérimentation d’alimentation, ou croquis FED, à la carte de dérivation. Ensuite, fixez le moteur pas à pas de cinq volts sur le support de moteur imprimé en 3D avec deux vis à tôle numéro six d’un quart de pouce, puis insérez le disque rotatif dans le support de moteur et appuyez pour le fixer solidement à l’arbre du moteur pas à pas. Tournez le silo alimentaire imprimé en 3D sur le support moteur, en vous assurant que le bras du niveleur de granulés est au-dessus du trou du support moteur.

Ensuite, vissez les pièces nouvellement connectées en haut de la base imprimée, avec le moteur pas à pas positionné vers l’arrière de la base et le trou positionné à l’avant. Coupez le connecteur à cinq broches des fils du moteur pas à pas et dénudez environ deux millimètres de l’extrémité de chaque fil, puis connectez les fils du moteur pas à pas aux connecteurs du bornier sur le bouclier du moteur, rouge à la terre, orange et rose à un port du moteur et bleu et jaune à l’autre port du moteur. Après cela, retirez le filet du bouton d’alimentation et insérez le bouton d’alimentation dans le trou sur le côté droit de la base.

Fixez le bouton en place avec un écrou hexagonal. Placez le photo-interrupteur dans son boîtier imprimé en 3D et fixez le boîtier dans la base FED à l’aide de deux vis en nylon d’un pouce et des écrous correspondants. Ensuite, insérez le connecteur BNC dans le trou situé sur le côté gauche de la base FED.

Fixez-le en place avec un écrou, puis connectez une batterie de 3,7 volts au module de convertisseur élévateur DC-DC via la connexion à deux broches. Vissez la carte d’amplification dans le boîtier à l’aide des vis en tôle d’acier numéro deux et quart, puis montez le microcontrôleur à l’intérieur de la base avec les connexions FTDI face à l’interrupteur d’alimentation à l’aide des vis en tôle d’acier numéro quatre et quart de pouce, puis empilez le bouclier moteur et le bouclier d’enregistrement des données sur le microcontrôleur. Montez la carte d’amplification avec l’emplacement microSD pointant vers le bas.

Enfin, connectez les cinq connecteurs, A mâle à A femelle, B mâle à B femelle, et ainsi de suite. Placez la batterie à l’intérieur de la base imprimée en 3D, faites glisser les couvercles avant et arrière sur le FED, remplissez la trémie de granulés et placez le couvercle sur la trémie. Une fois l’assemblage terminé, insérez une carte SD dans le bouclier d’enregistrement des données, allumez le système FED à l’aide du bouton-poussoir d’alimentation et testez le fonctionnement de l’appareil.

Retirez manuellement cinq à 10 granulés du puits alimentaire et confirmez que les granulés de remplacement sont distribués. Enfin, retirez la carte SD et vérifiez que les données ont été correctement enregistrées. Après une période d’accoutumance d’une semaine, la trémie alimentaire a été retirée et remplacée par un FED pour cinq jours de tests de validation.

La récupération des granulés pour des souris individuelles montre une alimentation continue tout au long de la période de test de validation, avec une rythmicité circadienne clairement visualisée. Pour quantifier la précision de la FED, chaque système FED a reçu 1 000 pastilles pour la période d’essai de validation. La FED enregistre 95 % des granulés sur la carte SD.

Une fois maîtrisé, chaque FED peut être construit en deux à trois heures environ. Après avoir regardé cette vidéo, vous devriez avoir une bonne compréhension de la façon de construire un FED et de valider son utilisation. En raison de sa nature open source, des capacités supplémentaires telles que le comportement opérant peuvent être ajoutées à la FED pour répondre à des questions supplémentaires.